DE3523245C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umwerfer für eine Fahrrad- Kettenschaltung, wie sie in der auf eine ältere Patentanmeldung zurückgehenden DE-OS 34 17 146 beschrieben ist.

Dieser Umwerfer weist wie auch frühere Umwerfer eine Parallelogrammführung mit einer Rückstellfeder auf, die beim Verschwenken der Parallelogrammführung gespannt wird.

Während nach Zurücklegen des vollen Spannwinkels der Feder diese bei früheren Umwerfern eine Federkraft ausübt, die die erforderliche Rückstellkraft erheblich überschreitet und die für einen Schalthebel zum Verschwenken der Parallelogrammführung erforderliche Schaltkraft bestimmt, wurde bei dem gattungsbildenden Umwerfer ein Schenkel der Rückstellfeder auf eine solche Weise abgestützt, daß der Spannwinkel der Feder während des Verschwenkens der Parallelogrammführung gegenüber deren Schwenkwinkel zurückbleibt, so daß die aufzubringende Schaltkraft verringert wird.

Hierbei gleitet jedoch der genannte Federschenkel an seiner Abstützung entlang, so daß besonders im Falle der Korrosion und Verschmutzung ein Reibungswiderstand auftritt, der eine erhöhte Rückstellkraft erforderlich macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Umwerfer dahingehend weiterzubilden, daß die auf einen Schalthebel auszuübende Betätigungskraft noch weiter verringert wird, so daß eine noch feinfühligere Betätigung der Schaltung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Federschenkel nicht mehr, wie bisher, verschieblich gegen eine feste Abstützung anliegt, sondern mit dem Ende eines Schwenkhebels in Eingriff steht, so daß eine reibungsarme Dreigelenkanordnung gebildet ist.

Dieser Schwenkhebel ist so angebracht, daß die Änderung im Spannwinkel der Feder auf der Seite des kleinen Ganges bezüglich jener auf der Seite des großen Ganges kleiner wird, so daß sich die auf den Schalthebel auszuübende Kraft, ausgehend von ihrem kleinsten Wert, allenfalls nur wenig ändert, so daß dem Radfahrer die feinfühligere Betätigung der Schaltung ermöglicht ist.

Bei der vorliegenden Erfindung ist der Schwenkhebel an einem anderen Teil der Parallelogrammführung als dem Grundteil gelenkig gelagert, wobei er bei deren Verformung ausgelenkt wird. Bevorzugt ist der Schwenkhebel am ersten oder zweiten Lenker der Parallelogrammführung angelenkt.

Die Feder ist wie bei dem gattungsbildenden Umwerfer aus einem wendelförmigen Abschnitt und zwei Schenkeln gebildet, wobei der wendelförmige Abschnitt auf einem Federzapfen sitzt. Anstelle des Federzapfens kann aber auch einer der vier Schwenkzapfen verwendet werden, die die Glieder der Parallelogrammführung gelenkig miteinander verbinden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar, wobei nach Anspruch 4 oder 5 bevorzugt ein Kraftspeicherarm vorgesehen ist, auf welchem sich der andere Schenkel der Rückstellfeder abstützt, wie dies ähnlich auch bei dem gattungsbildenden Umwerfer der Fall ist, um das Einleiten eines Schaltvorganges durch Verstellen des Schalthebels selbst bei ruhender Antriebskette zu ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert. In dieser ist:

Fig. 1 die Ansicht eines vergrößerten Teilschnitts durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umwerfers,

Fig. 2 und 3 jeweils eine schematische, das Prinzip der Erfindung erläuternde Ansicht,

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Rückstellkraft über der Verschwenkung der Parallelogrammführung aufgetragen ist,

Fig. 5 eine von unten her gesehene Teilansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

Fig. 6 die Darstellung der Zuordnung zwischen dem Schwenkhebel und der Rückstellfeder des Ausführungsbeispiels, und

Fig. 7 die als Beispiel herangezogene Gesamtansicht eines herkömmlichen Umwerfers.

Ein herkömmlicher hinterer Umwerfer, der an einer Hinterradgabel zur Halterung einer Hinterradnabe eines Fahrrades anbringbar ist, ist in Fig. 7 gezeigt und ist mit einer Parallelogrammführung versehen, die ein Grundteil 3 aufweist, das durch eine horizontale Welle 2 an einem Bügelteil 1 getragen ist, das an der Hintergabel anzubringen ist, einen ersten und zweiten Lenker 4 und 5 sowie ein bewegliches Teil 6 mit einer Kettenführung, wobei der zweite Lenker 5 ein Betätigungsteil 8 trägt, an welchem mittels einer Befestigung 9 ein Steuerdraht W anbringbar ist. Wird an diesem gezogen, dann wird das bewegliche Teil 6 axial zu einer mehrstufigen Kettenradanordnung gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 10 nach vorne bewegt; läßt man den Draht W nach, dann wird das bewegliche Teil 6 mittels der Rückstellkraft der Feder 10 wieder zurückgeführt.

Das Grundteil 3 ist an der einen Seite mit zwei Montageabschnitten versehen, an welchem die Lenker 4 und 5 über einen ersten und zweiten Schwenkzapfen 11 bzw. 12 schwenkbar gelagert sind. Das bewegliche Teil 6 ist an den freien Enden der Lenker 4 und 5 durch zwei weitere Schwenkzapfen 13 und 14 schwenkbar gelagert.

Die Kettenführung 7 weist eine Führungsrolle 71, eine Spannrolle 72 und einen Ketten-Umwerfrahmen 73 auf, der drehbar die beiden Rollen trägt und mittels einer horizontalen Welle schwenkbar am beweglichen Teil 6 gelagert ist.

Es wird nun auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Bei diesem ist ein Schwenkhebel 16 durch einen Schwenkstift 15 schwenkbar am ersten Lenker 4 gelagert, und die Rückstellfeder 10 ist an einem mittleren Abschnitt 10 a wendelförmig ausgebildet und weist zwei sich radial zu diesem erstreckende Enden auf, die einen ersten und zweiten Federschenkel 10 b und 10 c bilden. Der wendelförmige Abschnit 10 a sitzt auf einem Federzapfen 17, der die Welle für das Betätigungsteil 8 bildet. Der erste Federschenkel 10b ist am schwenkbaren Teil 16 getragen, während der zweite Federschenkel 10 c federnd gegen einen Anschlag 8 a am Betätigungsteil 8 anliegt. Wenn am Steuerdraht W gezogen wird, um das bewegliche Teil 6 nach vorne zu bewegen, wobei die Lenker 4 und 5 in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 verschwenkt werden, wird der erste Federschenkel 10 b gespannt und ermöglicht es dem Schwenkhebel 16, so zu schwenken, daß ein Verhältnis β _n /β₁ zwischen dem Torsionswinkel β _n der Rückstellfeder 10 auf der Seite des kleinen Ganges einerseits und dem Torsionswinkel β₁ der Rückstellfeder auf der Seite des großen Ganges andererseits in bezug auf ein Verhältnis R _n /R₁ zwischen einem Schwenkwinkel R _n eines jeden Lenkers 4 oder 5 auf der Seite des kleinen Ganges einerseits und dem Schwenkwinkel R₁ jenes Lenkerteils auf der Seite des größten Ganges andererseits verringert ist. Die Änderung im Torsionswinkel der Rückstellfeder 10 ist auf der Seite des kleinen Ganges, verglichen mit der Seite des größten Ganges, verringert.

Jeder Schwenkwinkel des Lenkers 4 oder 5 entspricht, wie in Fig. 3 gezeigt, jener Länge, die dadurch erhalten wird, daß man den maximal zulässigen Hub des beweglichen Teiles 6 in n gleiche Teile unterteilt.

Es ist auch der Schwenkhebel 16 in der Länge kleiner ausgebildet als der erste Lenker 4, innerhalb des ersten Lenkers 4, der einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet, mit dem einen Längsende an einem mittleren Abschnitt des ersten Lenkers 4 über einen Schwenkstift 15 schwenkbar angelenkt, der sich parallel zu den Schwenkzapfen 11 und 12 erstreckt, und mit dem anderen Längsende gegen das bewegliche Teil ausgerichtet. Die Rückstellfeder 10 ist innerhalb des zweiten Lenkers 5 mit U-förmigem Querschnitt angebracht, mit dem schraubenförmigen Abschnitt 10 a an einem mittleren Abschnitt des zweiten Lenkers 5 über einen Federzapfen 17 drehbar angebracht, der sich parallel zu den Schwenkzapfen 11 und 12 erstreckt, und mit dem ersten Federschenkel 10 b am anderen Ende des Schwenkhebels 16 gehalten.

Der Schwenkhebel 16 ist an jener Stelle schwenkbar angebracht, an welcher der Abstand l₁ zwischen der Achse O₁ des ersten Schwenkzapfens 11 zur schwenkbaren Lagerung des ersten Lenkers 4 am Grundteil 3 und der Achse O₂ des Schwenkstiftes 15 zur schwenkbaren Lagerung des Schwenkhebels 16 am ersten Lenker 4 und der Abstand l₂ zwischen der Achse O₃ des zweiten Schwenkzapfens 12 zur schwenkbaren Anbringung des zweiten Lenkers 5 am Grundteil 3 und der Achse O₄ des Federzapfens 15 zur Halterung der Rückstellfeder 10 eine Zuordnung von l₁<l₂ bildet. In diesem Fall ist die Zuordnung zwischen einer wirksamen Länge l₃ des Schwenkhebels 16 und der Länge l₄ der Achse O₄ des Federzapfens 17 und dem Haltepunkt O₅ am Schwenkhebel 16 nicht speziell begrenzt, kann aber l₃<l₄, l₃<l₄ oder l₃=l₄ betragen. Wenn der Abstand l₅ zwischen O₂ und O₄ merklich größer ist als der Abstand l₆ zwischen den Schwenkzapfen 11 und 12, dann ist bevorzugt l₃<l₄. Der Schwenkhebel 16 kann auch in der Lage l₁=l₂ angeordnet sein. In diesem Fall dürfen die Abstände l₅ und l₆ eine Zuordnung von l₅<l₆ oder l₅<l₆ aufweisen.

Der in der Zeichnung gezeigte Umwerfer trägt das Betätigungsteil 8 schwenkbar am zweiten Lenker 5 und ermöglicht es der Rückstellfeder 10, die Rückführung des beweglichen Teils 6 durch die Rückstellkraft infolge der Auslenkung der Rückstellfeder 10 zu bewirken und als Speicherelement zu wirken, so daß selbst dann, wenn der Gangschaltvorgang bei ruhender Kette nicht möglich ist, der Steuerdraht W bewegt werden kann, wobei die Betätigungskraft für den Gangschaltvorgang gespeichert wird. Wird die Kette wieder angetrieben, dann gelangt das Betätigungsteil 8 in seine Ausgangslage zurück, wobei die Parallelogrammführung die dem vorgewählten Gang entsprechende Lage einnimmt.

Der in Fig. 7 gezeigte Umwerfer ist so aufgebaut, daß der erste und zweite Schwenkzapfen 11 und 12 zur Verbindung der Lenker 4 und 5 mit dem Grundteil 3 und der dritte und vierte Schwenkzapfen 13 und 14 zum Schwenken des beweglichen Teils 6 an den freien Enden der Lenker 4 und 5 bezüglich jener Ebene geneigt sind, die senkrecht zur Achse der mehrstufigen Kettenradanordnung stehen, wobei das bewegliche Teil 6 während des Gangschaltvorganges parallel zur Achse der mehrstufigen Kettenradanordnung und gleichzeitig radial hierzu in einer Ebene senkrecht zur oben erwähnten Achse bewegt wird.

Als nächstes wird anhand der Fig. 2 und 3 die Wirkungsweise des auf die obige Weise aufgebauten Umwerfers dargestellt.

Wenn ein Schalthebel betätigt wird, um auf den Steuerdraht W einen Zug auszuüben, dann schwenken der erste und zweite Lenker 4 und 5, wie in Fig. 3 gezeigt, um einen Schwenkwinkel R₁, R₂ . . . oder R _n in bezug auf jene Länge, die sich daraus ergibt, daß man den gesamten Hub in n gleiche Teile unterteilt, beginnend mit der Ausgangslage (Z=Null) bis zur Endlage (Z=n) der Vorwärtsbewegung des beweglichen Teils 6, wobei der Schwenkwinkel an der Seite des großen Ganges kleiner und an der Seite des kleinen Ganges größer ist. Andererseits wird der Schwenkhebel 16 durch den ersten Federschenkel 10 b verschwenkt, wenn der erste und zweite Lenker 4 und 5 schwenken. Da sich in diesem Fall der Federzapfen 17 ebenfalls der Schwenkbewegung der beiden Lenker 4 und 5 folgend verlagert, liegen zwei Faktoren für eine Veränderung vor. Es wird nun für die bequemere Erläuterung davon ausgegangen, daß der zweite Lenker 5 festliegt und der erste Lenker 6 über das Grundteil 3 und das bewegliche Teil 6 arbeitet. In anderen Worten, wenn die Lenker 4 und 5 schwenken und das Grundteil 3 und das bewegliche Teil 6 bezüglich dieser Lenker schwenken, dann bewegt sich der Schwenkhebel 16 im Prinzip ähnlich, wobei Fig. 2 die Zuordnung zwischen dem Schwenkwinkel des Schwenkhebels 16 und dem Torsions- bzw. Spannwinkel der Rückstellfeder 10 in jenem Fall zeigt, in welchem der zweite Lenker 5 festgelegt ist, das Grundteil 3 und das bewegliche Teil 6 schwenken und der erste Lenker 4 in Fig. 2 nach rechts bewegt wird.

Wenn in Fig. 2 das Grundteil 3 und das bewegliche Teil 6 entgegen dem Uhrzeigersinn schwenken (in Richtung des Pfeiles X), dann bewegt sich der erste Lenker 4 in Fig. 2 nach rechts, so daß die Schwenkmitte O₂ des Schwenkhebels 16 zusammen mit dem ersten Lenker jenen geometrischen Ort beschreibt, der in Fig. 2 gezeigt ist, um sich in Richtung des Pfeiles X um die Winkel von α₁ bis α _n zu verlagern, und zwar entsprechend den Schwenkwinkeln R₁ bis R _n . In diesem Fall liegt eine Zuordnung von R _i =α _i vor, wobei i=1, 2 . . . n gilt. Der Schwenkhebel 16 ist der Spannwirkung des ersten Federschenkels 10 b ausgesetzt und schwenkt entgegen dem Uhrzeigersinn (in Richtung des Pfeiles Y) in Fig. 2, wobei der erste Federschenkel 10 b sich in Richtung des Pfeiles F verlagert, um die Rückstellfeder 10 auszulenken. Als Ergebnis wird diese an den Torsionswinkeln β₁ bis β _n in Richtung des Pfeiles F in Fig. 2 entsprechend den Schwenkwinkeln α₁ bis α _n ausgelenkt.

In jenem Fall, in welchem der gesamte Hub von der Ausgangslage bis zur Endlage der Vorwärtsbewegung des beweglichen Teiles 6 in gleiche Teile unterteilt ist, werden die jeweiligen Schwenkwinkel R₁ bis R _n des ersten Lenkers 4 bezüglich der Länge eines jeden unterteilten Hubes des beweglichen Teils 6 allmählich von der Seite des großen Ganges her bis zu jener des kleinen Ganges hin größer.

Dementsprechend werden die Winkel a₁ bis α _n der Verschiebung der Schwenkmitte O₂ des Schwenkhebels 16 entsprechend den Schwenkwinkeln R₁ bis R _n des ersten Lenkers 4 allmählich größer.

Allerdings werden die Winkel der Bewegung des ersten Schenkels 10 b und umgekehrt die Torsionswinkel β₁ bis β _n der Rückstellfeder 10 entsprechend der Verlagerung der Schwenkmitte O₂ etwa einander gleich, ohne mit den Verschiebungswinkeln α₁ bis α _n übereinzustimmen.

Kurz gesagt, ein Verhältnis β _n /β₁ des Torsionswinkels β _n der Feder 10 an der Seite des kleinen Ganges zum Winkel β₁ an der Seite des großen Ganges, in anderen Worten also die Änderung im Torsionswinkel auf der Seite des kleinen Ganges, ist kleiner als diese auf der Seite des großen Ganges. Somit nimmt das Verhältnis der Änderung im Torsionswinkel β der Rückstellfeder zum Hub Z des beweglichen Teils 6 von der Seite des großen Ganges her zu jener des kleinen Ganges hin übergehend ab, so daß, wenn das bewegliche Teil 6 sich gegen die Seite mit dem kleinen Gang bewegt, die Rückstellkraft FZ des beweglichen Teiles 6 durch die Rückstellfeder 10 mit der Federkonstante k, welche zur Seite des großen Ganges zurückkehren soll, gegeben ist durch die Gleichung: wobei sie kleiner ist an der Seite des kleinen Ganges, wie durch die ausgezogene Linie gezeigt ist, als bei dem herkömmlichen Beispiel, wie es gestrichelt in Fig. 4 gezeigt ist. Als Ergebnis ist die Betätigungskraft für den Schalthebel zum Ändern des Ganges zur Seite mit dem kleinen Gang hin durch Auslenken der Rückstellfeder 10 auf der Seite des kleinen Ganges nicht übermäßig groß, wobei es dem Schalthebel ermöglicht wird, durch eine Betätigungskraft betätigt zu werden, welche jener für die Seite des großen Ganges nahekommt.

Der Schwenkhebel 16 kann beim vorigen Ausführungsbeispiel auch am zweiten Lenker 5 getragen sein, und der Federzapfen 17 für die Rückstellfeder 10 kann am ersten Lenker 4 vorgesehen sein. Es kann der Federzapfen 17 auch vom ersten bis vierten Schwenkzapfen 11 bis 14 zum Verbinden der Lenker 4 und 5 mit dem Grundteil 3 oder dem beweglichen Teil 6 gebildet sein.

Der Schwenkhebel 16 kann auch am Grundteil 3 oder am beweglichen Teil 6 schwenkbar gelagert sein, und die Rückstellfeder 10 kann zwischen dem anderen dieser Teile und dem Schwenkhebel 16 angeordnet sein.

Ferner kann neben dem hinteren Umwerfer der Fig. 4 auch ein vorderer Umwerfer mit dem Schwenkhebel ausgebildet sein.

Claims (5)

1. Umwerfer für eine Fahrrad-Kettenschaltung, mit einer Parallelogrammführung aus einem ortsfesten Grundteil, zwei mit Schwenkzapfen hieran gelagerten Lenkern und einem an diesen mit Schwenkzapfen gelagerten beweglichen Teil, und mit einer Rückstellfeder, die mit einem wendelförmigen Abschnitt auf einem an der Parallelogrammführung, vorzugsweise einem Lenker, angebrachten Federzapfen gehaltert ist und in zwei Federschenkel ausläuft, die an Gliedern der Parallelogrammführung abgestützt sind, wobei der Spannwinkel der Feder beim Verschwenken der Parallelogrammführung gegenüber über deren Schwenkwinkel zurückbleibt,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß bei an einem Lenker (4, 5) angebrachtem Federzapfen (17) oder bei einem als Federzapfen (17) ausgebildeten Schwenkzapfen (11, 12, 13, 14) am anderen Lenker (5, 4) ein Schwenkhebel (16) angelenkt ist, an dem einer (10 b) der Federschenkel (10 b, 10 c) abgestützt ist, oder
• - daß der Schwenkhebel (16) am Grundteil (3) oder dem beweglichen Teil (6) angelenkt ist und die Rückstellfeder (14) am anderen dieser Teile oder zwischen diesem und dem Schwenkhebel (16) angeordnet ist.

2. Umwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei an einem Lenker (5) angebrachter Rückstellfeder (10), deren einer Schenkel (10 b) am Schwenkhebel (16) gehalten ist, der zweite Schenkel (10 c) der Rückstellfeder (10) an dem Lenker (5) gehalten ist.

3. Umwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (l₁) zwischen dem Schwenkmittelpunkt (O₂) des Schwenkhebels (16) und der Achse (O₁) des ersten (11) der Schwenkzapfen zur schwenkbaren Anbringung eines Lenkers (4) am Grundteil (3) größer ist als der Abstand (l₂) zwischen der Achse (O₄) des Federzapfens und der Achse (O₃) des zweiten Schwenkzapfens (12) zur schwenkbaren Anbringung des zweiten Lenkers (5) am Grundteil (3).

4. Umwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jenes Teil (5) der Parallelogrammführung, das dem den Schwenkhebel (16) tragenden Teil (4) gegenüberliegt, mit einem Kraftspeicherarm (8) versehen ist, und daß der zweite Federschenkel (10 c) der Rückstellfeder (10) am Kraftspeicherarm (8) gehalten ist.

5. Umwerfer für ein Fahrrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicherarm (8) schwenkbar am Federzapfen (17) getragen ist.